Catalizatori - substante care schimba viteza reactiei ramanand ei insisi neschimbati

Catalizatori

Catalizatorii sunt substante care schimba viteza reactiei ramanand ei insisi neschimbati din punct de vedere chimic.

Dupa cum reiese din definitie, actiunea catalizatorului din punct de vedere formal este analoga cu variatia temperaturii. Si intr-un caz si in altul se observa o schimbare a vitezei de reactie. Totusi, exista in fond o deosebire principiala intre aceste doua influente. In timp ce printr-o ridicare de temperatura se comunica sistemului de energie din exterior, catalizatorul nu adauga nici o cantitate de energie, deoarece altfel n-ar ramane neschimbat dupa sfarsitul reactiei. Rezultatul grabirii reactiei cu ajutorul incalzirii este legat inevitabil de deplasarea echilibrului sistemului dupa principiul lui Le Chatelier. Prin actiunea unui catalizator se grabeste stabilirea starii de echilibru a sistemului, ramanand insa neschimbata situatia de echilibru. Din cele expuse rezulta ca un catalizator se intrebuinteaza atunci cand trebuie atins cat mai repede echilibrul termodinamic in conditiile unor temperaturi cat mai joase.

Toata gama proceselor catalitice poate fi redusa la doua cazuri generale: cataliza omogena si eterogena. In primul caz atat substantele din reactie cat si catalizatorul apartin uneia si aceleasi faze, in cazul al doilea, unor faze diferite. De exemplu daca tot sistemul gazos sau sub forma unie solutii vom avea cataliza omogena. Metoda camerelor de plumb de fabricare a acidului sulfuric face parte din aceasta grupa. Dimpotriva metoda de contact pentru acid sulfuric este un caz de cataliza eterogena, deoarece catalizatorul solid grabeste aici reactia dintre substantele gazoase.

Chimistul catalizei omogene isi gaseste explicatia in teoria combinatiilor intermediare. Pentru exemplificare se ia metoda camerelor de fabricare a acidului sulfuric. Procesul in absenta catalizatorului decurge dupa reactia:

O₂ + 2 H₂SO₃ → 2 H₂SO₄

In prezenta catalizatorilor de oxizi de azot, reactia are loc prin intermediul bioxidului de azot astfel:

O₂ + 2 NO → 2 NO₂

2 NO₂ + 2 H₂SO₃ → 2 H₂SO₄ + 2 NO

On afara de importanta ei chimica, cataliza omogena are si o importanta biologica imensa. In organismul plantelor si animalelor se gasesc asa numitele "enzime": substante organice cu constitutie complexa care joasa rolul de catalizatori in diversele procese vitale.

In chimistul catalizei eterogene rolul cel mai important il joaca adsorbtia. Datorita ei se formeaza pe suprafata care reactioneaza, ceea ce duce implicit la accelerarea reactiei. Un factor incomparabil mai important este insa cresterea activitatii chimice a moleculelor adsorbite in comparatie cu starea lor obisnuita.

Cu toate ca pentru a explica mersul catalizei eterogene se recurge de obicei la teoria simpla a activarii moleculelor pe suprafata catalizatorului, multi savanti admit existenta pe suprafata catalizatorului a unor hidrati sau oxizi foarte nestabili a caror formare si descompunere ulterioara duce la acclerarea reactiei.

Din punct de vedere energetic acclerarea reactiilor prin cataliza are loc prin scaderea energiei de activare. De exemplu, energia de activare a procesului descompunerii acidului iodhidric in elemente care reprezinta 44 kcal/mol, scade in prezenta aurului la 25 kcal/mol, adica aproape la jumatate.

Un rol important in procesele catalitice il au metodele de preparare a catalizatorilor. O activitate catalitica inalta se observa numai la o structura spongioasa si nestabila a suprafetei catalizatorului. Astfel catalizatorii de tipul oxizilor se prepara de obicei prin deshidratarea hidratilor corespunzatori sau prin descompunerea sarurilor azotice, iar cei metalici prin reducerea oxizilor respectiv cu hidrogen. Prepararea catalizatorilor nu este lipsita de pericol de incendiu. In special catalizatorii metalici spongiosi sunt extrem de reactivi putandu-se aprinde in contact cu aerul.